代码收藏家技术教程 11天前

了解STM32微控制器系列简介（第一部分）

由B站江科大STM32视频学习做的笔记，便于自己以后复习回顾。

一、STM32简介

二、ARM介绍

三、本次学习所用STM32介绍

1、片上资源（外设）

2、STM32命名规则

3、STM32系统结构

4、STM32引脚定义

（1）表格介绍

（2）引脚介绍

5、STM32启动配置

6、STM32最小系统电路

7、STM32最小系统板硬件介绍

一、STM32简介

STM32是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器。

STM32常应用在嵌入式领域，如智能车、无人机、机器人、无线通信、物联网、工业控制、娱乐电子产品等。

STM32功能强大、性能优异、片上资源丰富、功耗低，是一款经典的嵌入式微控制器。

High Performance：高性能系列

Mainstream：主流系列

Ultra-low-power：超低功耗系列

Wireless：无线系列

CoreMark：内核跑分，分数越高，性能越好

二、ARM介绍

ARM既指ARM公司，也指ARM处理器内核。

ARM公司是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商，全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。

ARM公司设计ARM内核，半导体厂商完善内核周边电路并生产芯片。

蓝色部分为ARM公司以前生产的老版本内核，如ARM7，ARM9，ARM11，这些型号称为经典的ARM处理器。

Cortex-A系列、 Cortex-R系列、 Cortex-M系列三款子型号用于适用不同的场景。

Cortex-A系列适用于高端应用型的领域，像苹果、高通、联发科的手机芯片基本上都是采用的ARM内核架构，A系列也是ARM内核中性能最高、发展最快的系列。

Cortex-R系列和Cortex-M系列应用于嵌入式领域。

R系列就是RealTime的意思，主要面向实时性很高的场景，比如硬盘控制器。

M系列就是Microcontroller的意思，主要应用于单片机领域，像STM32，使用的就是M系列的内核。

三、本次学习所用STM32介绍

51单片机和USB输出的电压使用的是5V供电，给STM32供电时，如果时5V，需要稳压芯片，把电压降到3.3V，再给STM32供电。

1、片上资源（外设）

嵌套向量中断控制器（NVIC）：内核里用于管理中断的设备，比如配置中断优先级。

系统滴答定时器（SysTick）：内核里的定时器，主要用来给操作系统提供定时服务，来进行任务切换的功能。STM32是可以加入操作系统的，如FreeRTOS、UCOS等。

复位和时钟控制（RCC）：可以对系统的时钟进行配置，以及使能各模块的时钟。在STM32中，其他的这些外设在上电的情况下默认是没有时钟的，不给时钟的情况下，操作外设是无效的，这样的目的是降低功耗。

通用IO口（GPIO）：可以用GPIO来点灯，读取按键等功能。

复用IO口（AFIO）：它可以完成复用功能端口的重定义，还有中断端口的配置。

外部中断（EXTI）：配置好外部中断后，当引脚有电平变化时，就可以触发中断，让CPU来处理任务。

定时器（TIM）：这也是整个STM32最常用、功能最多的外设，TIM分为高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型，这个定时器不仅可以完成定时中断的任务，还可以完成测频率、生成PWM波形、配置成专用的编码器接口等功能。其中的PWM波形是电机驱动、舵机驱动最基本的要求。

模数转换器（ADC）：STM32内置了12位的AD转换器，可以直接读取IO口的模拟电压值，无需外部连接AD芯片，使用非常方便。

数模转换器（DAC）：可以在IO口直接输出模拟电压，是ADC模数转换的逆过程。

直接内存访问（DMA）：可以帮助CPU完成搬运大量数据这样的复杂任务。

同步/异步串口通信（USART）：平常用的UART是异步串口的意思，这里的USART既支持异步串口，也支持同步串口。

I2C通信和SPI通信：是非常常用的两种通信协议，STM32也内置了他们的控制器，可以用硬件来输出时序波形，使用起来非常高效。

CAN通信：一种通信协议，常用于汽车领域。

USB通信：一种通信协议，常用于鼠标、键盘、U盘等各种电脑外设。

实时时钟（RTC）：在STM32内部完成年月日、时分秒的计时功能，可以接外部备用电池，这样即使掉电也能正常运行。

CRC校验：是一种数据的校验方式，用于判断数据的正确性。

电源控制（PWR）：可以让芯片进入睡眠模式等状态，来达到省电的目的。

备份寄存器（BKP）：这是一段存储器，当系统掉电时，仍可由备用电池保持数据，这个根据需要，可以完成一些特殊功能。

独立看门狗（IWDG）和窗口看门狗（WWDG）：当单片机因为电磁干扰死机或者程序设计不合理出现死循环时，看门狗可以及时复位芯片，保证系统的稳定。

SD卡接口（SDIO）：可以用来读取SD卡。

可变静态存储控制器（FSMC）：可以用于拓展内存或者配置成其他总线协议，用于某些硬件的操作。

USB主机接口（USB OTG）：可以让STM32作为USB主机取读取其他USB设备。

2、STM32命名规则

3、STM32系统结构

系统结构可分为如图上四个部分，左上角的是Cortex-M3的内核，内核引出来了三条总线，分别是ICode指令总线，DCode数据总线，System系统总线，其中ICode指令总线和DCode数据总线主要用来连接Flash闪存，Flash里面存储的就是我们编写的程序。ICode指令总线用来加载程序指令，DCode数据总线用来加载数据，比如常量和调试数据。

System系统总线就连接到了其他的东西上面，如SRAM，用于存储程序运行时的变量数据；
FSMC本课程的芯片不会用到；
AHB系统总线用于挂载主要的外设，AHB的意思是先进高性能总线，挂载的一般是最基本的或者性能比较高的外设，比如复位和时钟控制这些最基本的电路和SDIO；
再后来就是两个桥接，接到了APB2和APB1两个外设总线上，APB的意思是先进外设总线，用于连接一般的外设，因为AHB和APB的总线协议、总线速度、还有数据传送格式的差异，所以中间需要加两个桥接，来完成数据的转换和缓存，AHB的整体性能比APB高一些，其中APB2的性能又比APB1高一些，APB2一般是和AHB同频率的，都是72MHz，APB1一般是36MHz，所以APB2连接的都是一般外设中稍微重要的部分，具体外设分布如上图。

DMA可以把它当作内核CPU的小秘书，比如有一些大量的数据搬运，让CPU来干的话就太浪费时间，DMA主要就是干简单且反复要干的事情。DMA通过DMA总线连接到总线矩阵上，它可以拥有和CPU一样的总线控制权，用于访问这些外设小弟，当需要DMA搬运数据时，外设小弟就会通过请求线，发送DMA请求，然后DMA就会获得总线控制权，访问并转运数据，整个过程不需要CPU的参与，剩下来的时间，CPU可以干其他事情，这就是DMA的用途。

4、STM32引脚定义

（1）表格介绍

标红色的是电源相关的引脚，标蓝色的是最小系统相关的引脚，标绿色的是IO口、功能口。

加粗字体的是指优先使用的引脚，没有加粗的IO口，可能需要进行配置或者兼具其他功能。

类型：S代表电源，I代表输入、O代表输出，IO代表输入输出；

IO口电平代表IO口所能容忍的电压，FT表示能容忍5V电压，没有FT的，就只能容忍3.3V电压；

主功能就是上电后默认的功能，一般和引脚名称相同，如果不同的话，引脚的实际功能是主功能而不是引脚名称的功能；

默认复用功能是IO口上同时连接的外设功能引脚，配置IO口的时候，可以选择是通用IO口还是复用功能；

重定义功能作用是，如果有两个功能同时复用在了一个IO口上，并且确实需要这两个功能，可以把其中一个复用功能重映射到其他端口上，前提是这个重定义功能的表里有对应的端口。

（2）引脚介绍

（1）VBAT：备用电池供电引脚，这个引脚可以接一个3V的电池，当系统电源断电时，备用电池可以给内部的RTC时钟和备份寄存器提供电源。

（2）IO口-侵入检测-RTC：
1.IO口可以根据程序输出或读取高低电平；
2.侵入检测可以用来做安全保障的功能，比如你的产品安全性比较高，可以在外壳加一些防拆的触点，然后接上电路到这个引脚上，若有人强行拆开设备，触电就会断开，这个引脚的电平变化就会触发STM32的侵入信号，然后就会清空数据来保证安全；
3.RTC的引脚可以用来输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲。

（3、4）IO口-接32.768KHz的RTC晶振。

（5、6）系统的主晶振：一般是8MHz，芯片内部有锁相环电路，可以对8MHz的频率进行倍频，最终产生72MHz的频率，作为系统的主时钟。

（7）NRST：系统复位引脚，N代表它是低电平复位的。

（8、9）内部模拟部分的电源，比如ADC、RC振荡器等，
VSS是负极，接GND，VDD是正极，接3.3V。

（10~19）都是IO口，其中PA0（10）兼具了WKUP的功能，这个可以用于唤醒处于待机模式的STM32。

（20）IO口-BOOT1引脚：BOOT引脚是用来配置启动模式。

（21、22）IO口

（23、24、35、36、47、48）VSS_1、2、3和VDD_1、2、3都是系统的主电源口，因为STM32内部采用了分区供电的方式，所有供电口会比较多，在使用时，VSS是负极，接GND，VDD是正极，接3.3V。

（25~33）都是IO口

（34、37~40）都是IO口或者调试端口，这些引脚默认的主功能是调试端口，调试端口就是用来调试程序和下载程序的。
STM32支持SWD和JTAG两种调试方式，SWD需要两根线，分别是SWDIO（34）和SWCLK（37）；JTAG需要5根线，分别是JTMS（34）、JTCK（37）、JTDI（38）、JTDO（39）、NJTRST（40）。
江科大视频教程使用的是STLINK来下载调试程序，STLINK用的是SWD的方式，所以只需要占用PA13（34）和PA14（37）这两个IO口。在使用SWD的调试方式时，JTAG调试方式的其他引脚可以切换为普通IO口使用，但需要在程序中进行配置，不配置引脚默认的主功能是调试端口。

（41~43）IO口

（44）BOOT0：和BOOT1一样，也是用来做启动配置的。

（45~46）IO口

5、STM32启动配置

启动配置：指程序开始运行的位置，一般情况下，程序都是在Flash程序存储器开始执行。

当BOOT0=0，无论BOOT1接什么，启动模式都是主闪存存储器的模式，也就是正常执行Flash闪存里面的程序，这个模式是最常用的模式，一般情况下都是这个模式。

当BOOT0=1，BOOT1=0，为1即接3.3V电源正极，启动模式为系统存储器，即系统存储器被选为启动模式，这个模式就是用来做串口下载程序用的。

当BOOT0=1，BOOT1=1，配置的启动模式是内置SRAM启动，这个模式主要用来进行程序调试。

6、STM32最小系统电路

一般来说，单片机只有一个芯片是无法正常工作的，因此我们需要为单片机连接最基本的电路，这些最基本的电路就叫做最小系统电路。

STM32及供电：3个分区供电的主电源和左边模拟部分电源都连接了供电引脚，在3.3V和GND之间，一般会连接一个滤波电容，这个电容可以保证供电电压的稳定。
引脚1号VBAT是接备用电池的，可以选择一个3V的纽扣电池，正极接VBAT，负极接GND，备用电池是给RTC和备份寄存器服务的，如果不需要这些功能，就没必要接备份电池。

晶振部分电路：这里接了一个8MHz的主时钟晶振，STM32的主晶振一般都是8MHz，8MHz经过内部锁相环倍频，得到72MHz的主频，晶振上面的两根引脚分别通过两个网络标号，接到STM32的5、6号引脚，另外还需要接两个20pF的电容，作为启震电容，电容的另一端接地即可。
如果需要RTC功能，需要另外接一个32.768KHz的晶振，电路和这个一样，接在3、4号引脚上，上面的OSC32就是32.768KHz的意思，为什么采用32.768KHz呢？是因为32768是2的15次方，内部RTC电路经过2的15次方分频，就可以生成1秒的时间信号。

复位电路：由一个10k的电阻和0.1uF的电容组成，用来给单片机提供复位信号，中间的NRST接STM32的7号引脚，NRST是低电平复位，当这个复位电路在上电的瞬间，电容是没有电的，电源通过电阻开始向电容充电，并且此时电容呈现的是短路状态，NRST就会产生低电平，当电容逐渐充满电时，电容就相当于断路，此时NRST就会被R1上拉为高电平，上电瞬间的波形就是先低电平，然后逐渐高电平，这个低电平就可以提供STM32的上电复位信号。
电容的左边还并联了一个按键K1，这个可以提供一个手动复位的功能，当我们按下按键时，电容被放电，并且NRST引脚也通过按键被直接接地了，这就相当于手动产生了低电平复位信号；按键松手后，NRST又回归高电平，此时单片机就从复位状态转为工作状态。

启动配置：H1相当于开关的作用，拨动这个开关，就可以让BOOT引脚选择接3.3V还是GND。